原子64位写入GCC

Question

我已经陷入了一个混乱的混乱的多线程编程混乱，并希望有人能来和我巴掌一些理解。

经过相当多的阅读后，我已经了解到，我应该能够在64位系统上自动设置一个64位整数值的值。

虽然我发现很多这种阅读困难，所以我想尝试做一个测试来验证这一点。所以我写了一个线程一个简单的程序，将设置一个变量为两个值中的一个：

bool switcher = false; 

while(true) 
{ 
    if (switcher) 
     foo = a; 
    else 
     foo = b; 
    switcher = !switcher; 
} 

而另一个线程这将检查foo值：

while (true) 
{ 
    __uint64_t blah = foo; 
    if ((blah != a) && (blah != b)) 
    { 
     cout << "Not atomic! " << blah << endl; 
    } 
} 

我设置a = 1844674407370955161;和b = 1144644202170355111; 。我运行这个程序，并得到没有输出警告我，blah不是a或b。

大，看起来可能是原子写入......但后来，我改变了第一个线程设置a和b直接，就像这样：

bool switcher = false; 

while(true) 
{ 
    if (switcher) 
     foo = 1844674407370955161; 
    else 
     foo = 1144644202170355111; 
    switcher = !switcher; 
} 

我重新运行，突然：

Not atomic! 1144644203261303193 
Not atomic! 1844674406280007079 
Not atomic! 1144644203261303193 
Not atomic! 1844674406280007079 

发生了什么变化？无论哪种方式，我分配一个很大的数字foo - 编译器处理一个常数不同，或我误解了一切？

谢谢！

---

1： Intel CPU documentation, section 8.1, Guaranteed Atomic Operations

2：GCC Development list discussing that GCC doesn't guarantee it in the documentation, but the kernel and other programs rely on it

Answer 1

拆卸循环中，我得到了下面的代码与gcc：

.globl _switcher 
_switcher: 
LFB2: 
    pushq %rbp 
LCFI0: 
    movq %rsp, %rbp 
LCFI1: 
    movl $0, -4(%rbp) 
L2: 
    cmpl $0, -4(%rbp) 
    je L3 
    movq _foo@GOTPCREL(%rip), %rax 
    movl $-1717986919, (%rax) 
    movl $429496729, 4(%rax) 
    jmp L5 
L3: 
    movq _foo@GOTPCREL(%rip), %rax 
    movl $1486032295, (%rax) 
    movl $266508246, 4(%rax) 
L5: 
    cmpl $0, -4(%rbp) 
    sete %al 
    movzbl %al, %eax 
    movl %eax, -4(%rbp) 
    jmp L2 
LFE2: 

所以这样看来，gcc并使用32位movl指令集和32位立即值。有一个指令movq可以将一个64位寄存器移动到内存（或内存到64位寄存器），但它似乎不能设置移动一个立即值到内存地址，所以编译器被强制要么使用一个临时寄存器，然后将该值移至内存，或者使用movl。您可以尝试通过使用临时变量强制它使用一个寄存器，但这可能不起作用。

参考文献：

• mov
• movq

Answer 2

英特尔CPU文档右对齐8个字节的读/写操作总是原子最近的硬件（即使在32位操作系统）。

你不告诉我们，你在32位系统上使用64位硬件吗？如果是这样，编译器最有可能将8字节的写入分割成两个4字节的写入。

只需查看目标代码中的相关部分即可。

Answer 3

http://www.x86-64.org/documentation/assembly.html

内部指令的立即值保持32个比特。

编译器没有办法让原子地分配一个64位的常量，除了先填充一个寄存器然后将该寄存器移动到变量。这可能比直接分配给变量更昂贵，并且由于语言不需要原子性，所以不选择原子解决方案。